臭氧技术在室内空气环境治理中的可行性分析报告.docx

臭氧技术在室内空气环境治理中的可行性分析说到臭氧，许多人光从这个被中国采用的名称就觉得刺耳，而在学术上，国外多用：活氧、富氧、高能离子氧、三原子氧。英文译为“fresh air”也就是“新鲜空气”的意思。再说到臭氧，人们就会联想，目前我国和一些国家将臭氧作为光化学污染的指标，臭氧在我们的定义里就是个有毒污染气体，我们避之不及，查查百度词库，许多关于臭氧的负面资料让我们对其应用产生怀疑。于是，许多虽然在用臭氧发生器进行消毒净化的方式，也纷纷避开臭氧03这个名词，将其包装成：高能离子净化、净离子.就是不敢说是臭氧消毒净化。事实上，臭氧的强氧化、广谱杀菌消毒是有完整的科学依据的，我国卫生部发布的消毒技术规范中明确将臭氧列为高效消毒杀菌剂类，国外更是广泛利用。而由于我国至今没有突破其应用中的技术瓶颈以及存在许多认知上的误区，因此得不到广泛应用。在客观上，等离子技术、紫外线技术在消毒净化的应用中都是利用了臭氧的强氧化消毒特性，就如同目前市场上五花八门的感冒药，其起作用的共同核心成份，其实就是扑尔敏为代表的抗组胺剂。因此，我们做技术研发的就要追根寻源，先用科学的认真态度来剖析和全面认识臭氧。第一节：臭氧技术的消毒杀菌、除臭除害的特点臭氧（o3）是氧气的同素异形体，它是一种具有特殊气味的淡蓝色气体。分子结构呈三角形，键角为116，其密度是氧气的1.5 倍，在水中的溶解度是氧气的10 倍。臭氧是一种强氧化剂，它在水中的氧化还原电位为2.07v，仅次于氟（2.5v），其氧化能力高于氯（1.36v）和二氧化氯（1.5v）。臭氧在常温下具有不稳定性，40分钟内会自动还原成氧气。（1）消毒杀菌作用臭氧是被世界公认的一种广谱高效杀菌剂，我国卫生部发布的消毒技术规范中明确将臭氧列为高效消毒杀菌剂类。它能破坏分解细菌的细胞壁，很快地扩散透进细胞内，氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶等，也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏细胞、核糖核酸（rna），分解脱氧核糖核酸（dna）、rna、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏。细菌被臭氧杀死是由细胞膜的断裂所致，这一过程被称为细胞消散，是由于细胞质被粉碎引起的，在消散的条件下细胞不可能再生。应当指出，与次氯酸类消毒剂不同，臭氧的杀菌能力不受ph 值变化和氨的影响，其杀菌能力比氯大600-3000 倍，它的灭菌、消毒作用几乎是瞬时发生的。在空气中，臭氧的消毒作用与浓度有关，当处于国家规定的0.15ppm 的安全臭氧浓度时，臭氧的除味和分解有机污染物的效果依然明显，但消毒作用下降，消毒时间加长后，抑制和除灭细菌的能力依然存在。长期以来，臭氧就被应用于手术室、无菌室的空气消毒中。由于在杀菌消毒的过程中，臭氧可自行还原为氧气，没有任何残留和二次污染，所以被国际公认为绿色环保消毒元素，这是其它任何化学药物消毒剂都无法做到的。但是，由于臭氧无法贮藏和需现场制造的特性，以及以往臭氧制造技术的水平限制了其作为最佳消毒剂的广泛应用。随着臭氧提取和应用技术的突破，臭氧作为最高效环保的消毒剂已经在世界范围被广泛地应用起来。中国臭氧产业联合会技术委员会联合专家对臭氧的灭菌消毒性能做了实验研究结果如下：臭氧对细菌繁殖体李怀恩等观察了臭氧气体对空气中绿脓杆菌的杀灭作用，在15,湿度73%,臭氧浓度0.08-0.6ppm 时，30分钟内杀灭率达到99.9%以上；伍学洲等试验，臭氧对大肠杆菌杀灭率为100%，对金黄色葡萄球菌杀灭率为95.9%，对绿脓杆菌杀灭率为89.8%；顾士圻等试验，臭氧对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀灭率分别为99.7%、99.9%。居喜娟等试验，用臭氧可杀灭空气中的白色葡萄球菌99.99%；burleson 等试验，将臭氧气体通入染有金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、荧光假单胞菌、鼠伤寒沙门氏菌、福氏痢疾杆菌、霍乱弧菌的磷酸盐缓冲液中，作用15秒后，以上细菌全部杀灭；白希尧等试验，发现臭氧水溶液杀菌作用强大，且速度极快，浓度为0.3mg/l 的臭氧水溶液作用1分钟，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率均达100%。臭氧对细菌芽胞瞿发林等报告，以5.5mg/m3的臭氧作用下45分钟，可将100ml塑料瓶内滴染的枯草杆菌黑色变种芽胞100%杀灭；居喜娟等报道,在1m3试验柜内,开启500mg/h 的臭氧发生器60分钟可对空气中的枯草杆菌黑色变种芽胞杀灭率达99.95%；欧阳川等在动态试验条件下,将臭氧气体通入染菌井水中,臭氧浓度达3.8-4.6mg/l 时,作用3-10分钟,水中枯草杆菌黑色变种芽孢杀灭率达99.999%。臭氧对病毒李绍忱等试验发现，经10.3mg/m3浓度臭氧作用30分钟后，乙型肝炎表面抗原(hbsag)的滴度从1:256降至1:64；史江等报告,臭氧浓度13.6mg/m3时使用30分钟，使hbsag 破坏99.99%，使用甲型肝炎病毒抗原（haag）破坏100%；wolo等实验证明，0.5ppm 的臭氧可灭活空气中的甲型流感病毒99%；herbold 等报告，在20水中，臭氧浓度为0.13mg/l 时，可以100%的灭活脊髓灰质炎病毒i 型（pvi）。臭氧灭活病毒速度极快,当臭氧浓度分别为0.09mg/l-0.8mg/l 时，在反应最初5秒钟内,噬菌体t2即可被灭活5-7个对数值；finch 等发现水中含臭氧浓度40g/l 时,作用20秒钟,可使大肠杆菌噬菌体ms2灭活4个对数值；vaughn 等在4条件下，对比了臭氧对猿轮状病毒sa-h 和人轮状病毒2型的灭活效果，发现两种病毒均能被0.25mg/l 的臭氧迅速灭活；crpend 等检测了经臭氧处理后的血清中爱滋病毒(hiv)的灭活情况,证明当臭氧浓度为4mg/l 时，可将滴度为106cid50/ml hiv 全部灭活，病毒滴度下降6个对数值。臭氧对真菌汪华明等报道，臭氧浓度为9.6mg/l 时，作用100分钟对杂色曲霉与桃色拟毒霉的杀灭率达100%，对蜡叶枝孢霉23mg/l30分钟、青黑霉在12.5mg/l作用35分钟、桔青霉在15.4mg/l 作用30分钟，尖镰孢霉在15.5mg/l 时作用20分钟，均可达100%灭活率。对于烟曲霉、细交链孢霉、爪哇毛霉等，在臭氧浓度为3.85-10.7mg/l 时作用10-20分钟灭活率达96.4%。伍学洲等发现，臭氧在30分钟内对青霉菌的杀灭率为93.8%，对毛霉菌的杀灭率为100%；白希尧等报告，浓度为15mg/l的臭氧水溶液作用1分钟，可100%地杀灭试验中的黑曲霉和酵母。中国臭氧产业联合会技术委员会专家、“国家p3实验室”主任李泽琳教授主持了利用臭氧进行灭活sars 病毒的实验，实验中对绿猴肾细胞接种的sars 病毒综合灭活率为99.22%，而且经过三次重复实验，都达到很高的灭活效率，取得了圆满成功。据中国臭氧产业联合会向国际臭氧协会检索，此次利用臭氧灭活sars 病毒实验是世界上的首例，它不但向社会提供了臭氧有效杀灭sars 病毒的科学依据，对中国乃至世界臭氧产业的发展产生影响，更重要的是，消费者可以放心的使用臭氧产品消灭sars 病毒。同期由中国环境科学院完成的对比性实验证明，此次使用的臭氧完全符合环境安全的要求。（2）分解有机化合物气体臭氧与烯烃类化合物的反应臭氧容易与具有双链的烯烃化合物发生反应，反应的最终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。臭氧和芳香族化合物的反应臭氧和芳香族化合物的反应较慢，在系列苯萘菲嵌二萘蒽中，其反应速度常数逐渐增大。其中，臭氧分解甲醛的效果特别明显。甲醛结构式中碳（c）氧（o）的共价双链键的存在，就是甲醛具有毒性的关键所在，那么，臭氧与甲醛发生化学反应时，臭氧的强氧化性能（臭氧原子核，强夺电子的能力）强制性夺取共价键中的电子，使其结构发生根本性变化，转化成对人体无害的水和二氧化碳。臭氧分解甲醛化学方程式： o3 + h2co co2 + h2o + o2臭氧分解苯的化学方程式： o3 + c6h6 co2 + h2o（3）除味除臭作用臭氧去除异味性能极好，依靠其氧化性能可快速分解产生臭味及其他气味的有机或无机物质。臭味的主要成分是胺r3n、硫化氢h2s、甲硫醇ch3sh 等。臭氧对其氧化分解，生成物没有气味。反应式如下：r3n+o3r3n-o+o2h2s+o3sh2oo2主反应so2h2o 副反应ch3sh+o3ch3-s-s-ch3ch3-so3+o2这里我们应注意到，臭氧是利用其氧化性分解有害气体和异味分子的，它与物理吸附方式截然不同。由于是气体分子的作用，臭氧的杀毒灭菌和净化空气的效果显著，且无死角。第二节：安全性分析臭氧是不是有害气体？为什么在一些专业文章中都会看到臭氧对人体有伤害的描述？为什么国内外都有将臭氧量作为空气污染指标？科学态度，就是要深入客观地做定性定量的具体分析。笼统地说臭氧，就会陷入各种混淆的误区。因此，我们首先要区分出以下三类臭氧：一、大自然环境里生成的臭氧自然界由雷电和太阳光辐射产生出臭氧，这些臭氧90%进入大气中平流层中的臭氧层，在大气平流层，臭氧是起到保护地球上一切生物作用的，当它出现减少和空洞时，生物都会成为瞎子，人也会得皮肤癌。臭氧是上天赐予地球上一切生灵保护伞，它会吸收太阳释放出来的90%以上绝大部分的紫外线，使动植物免遭这种射线的危害。所以，没有臭氧层的保护，地球上的一切生灵将不复存在。另外不到10%的臭氧在我们地表对流层清洁我们的空气与环境，让我们倍感雷雨过后的空气，更新鲜清爽、精神振奋、舒适健康。二、光化学污染生成的臭氧在现代化文明高度发展的同时，一方面由于向空气中排放出氯、氟、烃，而使得臭氧层臭氧减少，出现了危及地球生物的空洞；另一方面，大量的类似汽车排放的氮氧化物、有机废气、光化学烟雾，在阳光辐射条件下也会生成臭氧，如复印机墨粉发热产生的臭氧及有机废气是一种强致癌物质，它会引发各类癌症和心血管疾病。为了监测大气中的光化学污染，一些国家将臭氧作为污染指标，由于这类臭氧是伴随着污染出现，这种夹杂了有毒物质的臭氧混合物，即使其中臭氧浓度不高，也会对人的健康产生极大危害。因为，它的出现表明氮氧化物和光化学污染已经很严重了。目前各种关于臭氧的负面的、令人恐惧的印象都来源于此。这样，就造成了我们日常对臭氧的高度恐惧，其实这种由于污染物生成的臭氧正是大自然对我们人类嗅觉发出的警示，危害健康的正是那些光化学污染所生成“臭氧前提”的环境，并不是臭氧本身，而臭氧恰恰还为我们提供了警示作用。三、用于消毒净化空气和水的纯净臭氧消毒使用的臭氧是采用专业技术手段、在制造臭氧过程，使产出的臭氧中不产生光化学污染、不含有氮氧化物的纯净臭氧。我们以上说到的消毒和净化空气指的就是通过了先进技术手段产生出的不含其它污染气体物质的纯净的3价氧，即臭氧。3 价氧的臭氧是氧气的同素异形体，并且在常温下40 分钟内就会还原成氧气。期间游离出的也是对人类有益无害的单个氧原子，只是多了的那个氧原子具有了比氧气更强的氧化作用，更适用于消毒、除味。因此，臭氧作为氧元素的分子物绝不是污染物，更不是致癌、致病物质。目前，臭氧已经广泛用于水质消毒、医用消毒冲洗和临床治疗。据香港媒体报道，英国皇太后接受臭氧注射的方法来抗衰老。那么，我们为什么在国内外某些场合常见有将臭氧作为空气污染指标的说法呢？对此，我们深入地在国际领域对这个流言进行了大量的咨询和追根寻源的探讨。日本德山大学校长杉光英俊和佐贺大学教授山部博士的解释更加趋于严谨和完美，他们认为：光化学污染，是现代文明造成的城市内最严重的污染，光化学氧化剂是光和排放尾气中的有机物发生反应生成的浮游物质，其成分根据有机物的浓度、种类及日照条件等有很大变化。光化学烟雾问题首次被世间注意是在1955 年7 月的洛杉矶，在晴天的状况下，有很多人感到视线模糊，眼和喉咙不适。经过研究分析，得知原因是汽车尾气和紫外线反应引起的光化学烟雾。在日本1970 年7 月也发生了东京杉并区的女高中生由于眼和头部疼痛被送进医院的事情，随后在日本各地也发生了同样的案例。特别是冬季发生的烟雾现象是亚硫酸气体和雾结合的物质，烟雾的毒性是亚硫酸气体的10 倍以上。有害的光化学烟雾是各种不同有害物质结合在一起造成的。而其中发现，在产生这些有毒有害的气体污染同时，在高压和强光下也产生出微量臭氧，即当光化学污染严重的同时，可测得臭氧含量增加。于是，在1996 年日本环境省公布了观测到的臭氧浓度可以看作是光化学氧化剂的浓度内容的告示，将臭氧指标作为监测光化学污染的指标，造成了将光化学氧化剂浓度的说明被错误运用于臭氧说明的直接原因。这样，臭氧便扮演了代人受过的角色，被作为谈虎色变的光污染代名词。这是一种严重的误解，也是臭氧作为绿色消毒剂推广应用的障碍和造成人们不了解而恐惧的原因。经日本专家和官方查明，在遭到光化学污染的这些案例中，患者所感觉视线模糊、眼和喉咙不适都不是由于臭氧造成的，而都是氮氧化物的罪过。对臭氧和光化学氧化剂不加区别而进行混淆地评论，是科学上极不严谨的误导。此外，氧化剂的定义是从碘化钾溶液中分离碘后的所有酸性物质的总称，从中除去氧化氮后的物质就是光化学氧化剂。这就好比雷电中轰隆的雷声虽然巨响可怕，但真正劈死人的却是电。同样，臭氧指标能反映出光化学污染的程度，而其本身却不属于光化学污染物的范畴。而人们一般都容易混淆这两者之间的差别，误把遭受光化学污染所产生的视线模糊、眼和喉咙不适都归咎于臭氧，这是张冠李戴不负责任的态度。我们最常见的复印机中由于高压静电作用和碳粉尘作用产生胶状颗粒悬浮物（pm2.5），以及强光紫外线作用下产生出二氧化氮，而二氧化氮是产生酸雨的重要空气污染物，这些污染物是一种强致癌物质，它会引发各类癌症和心血管疾病。而与此同时也因为高压产生出可嗅出和感觉到的臭氧。而复印机对人的污染危害物是前者，其所产生的微量臭氧不足以引起任何对人体的伤害。第三节：臭氧的纯度和浓度决定了臭氧的利与弊臭氧，作为强氧化剂，当然在高浓度时对橡胶、金属都有氧化作用。我们也相信臭氧在高浓度时也会对人体器官带来伤害。但由于臭氧具有特殊气味，当其浓度稍稍提高便气味强烈，由于在使用中很容易通过气味来敏感地辨别其浓度。因此它更安全。当然，臭氧浓度过高也会致人伤害，即使高浓度氧气也会造成氧中毒，人参多吃了也会致死。所以我们只要控制好臭氧浓度，就能充分利用其来分解各种对人类危害更大的有毒气体，杀灭危害人类健康的病毒细菌，用臭氧的“微臭”（淡淡草腥味）来消除和抵消各类危害健康的恶臭与腐臭。从客观上，臭氧消毒比起氯化消毒对人的伤害更小，对物品的老化和损害更小。我们由于对其不了解，却从来不把氯化消毒甚至于甲醛消毒看成是种危害，而却对并不了解的臭氧疑虑重重。这种观念的转变，这种对臭氧的讹传所引起的偏见需要靠臭氧知识的普及和臭氧消毒的广泛应用来消除。当电发明的时候，有人指责电会致人死亡，因此不敢使用。而如今还有谁会因为电会电死人而拒绝用电？香港臭氧专家徐静安老先生在国内一次关于臭氧安全问题研讨会上发言时，有意将一台臭氧发生器输出管直接插在鼻内。近30 分钟的发言中未见老人有鼻腔呼吸道受刺激和咳嗽不适的现象，事实打破了关于臭氧对人体有害的误传。所以，一般浓度下，即使在10ppm 浓度时，臭氧对人呼吸器官的刺激和危害也远远低于爆炒辣椒时对鼻粘膜的刺激程度。事实上安全使用臭氧0.1ppm 完全可以保证人的健康不受危害，相反，若将室内臭氧浓度控制在0.1ppm 以下时，臭氧对人体还会有保健作用，有人把臭氧比作美酒，是有其道理的。从臭氧在消毒领域应用一百多年的历史来看，至今世界上无一例因臭氧中毒死亡或致残事故发生。这恰恰证明，臭氧比目前任何一种液体消毒剂都安全，甚至比酒精都还要安全得多。2001 年6 月26 日，美国食品和药品管理局正式批准了把臭氧作为消毒剂用于食品的加工、处理和储存现场的全过程。被fda 和世界卫生组织食品法典委员会批准的haccp 验证对食品企业员工、车间、设备、原料、仓库、生产过程等要素的卫生质量和消毒标准有着极其严苛的要求。一般企业很难达到。而采用绿色无害的臭氧消毒是唯一能实现全过程不间断人员在场的实时消毒的技术。臭氧在定量浓度下是无毒物质，安全气体。现代科学研究已经证实臭氧只是在高浓度时对人体的嗅觉和呼吸系统有刺激作用，而对皮肤和肌体组织没有任何毒性，更不会有接触面伤害与使激发细胞基因突变致癌。为此，我国卫生标准：浓度高于1.5ppm 以上时人员须离开现场。0.15ppm 是嗅觉临界值，当浓度达到1-10ppm 时，称为刺激范围，事实上安全使用臭氧0.1ppm 时完全可以保证人的健康不受任何危害。医学上用臭氧进行妇科冲洗消毒治疗、手术创口复原以及治疗。英国王室用臭氧注入血液中来防衰老。臭氧的毒副作用远远低于目前各种药物消毒剂，其对人皮肤和咽喉的刺激性甚至低于医用酒精，是国际公认的绿色安全消毒剂。少量的臭氧除了具有消毒除臭作用，还能促进人体某些机能的改善，甚至能有效地治疗某些疾病。由于吸入30 分钟后，肺能增加吸收氧气20%，多排除二氧化碳14.5%；能降低血压和血粘度，增加心肌功能。（引用摘自意大利velio bocci 的臭氧治疗学）虽然由于对臭氧不了解而造成许多认知上的误区，但目前臭氧在实验室、净化室、无菌病房和各级别手术室的空气消毒使用中已经有了十多年的历史。在美国、欧洲、日本等发达国家，他们都以立法的形式在广泛运用臭氧对空气进行消毒除臭，我国近年也制定了相应的国家标准。臭氧消毒在我国食品加工行业也正在广泛地应用起来。另外，臭氧消毒技术在中央空调自洁消毒上也有很成熟的应用历史和案例。由此可见，臭氧用于室内环境消毒，有着很成熟的基础，在有效性和安全性上是毋庸置疑的。第四节：有效性分析臭氧用于室内空气环境消毒的有效性体现在以下几个方面：（）臭氧作为广谱杀菌消毒剂更有效适用于室内多种细菌滋生和复杂病毒侵入的环境。（）臭氧作为绿色气体消毒剂具备了无二次污染、消毒无死角的特点，更适合室内环境。（）臭氧还具有对有机化合物气体，特别是对甲醛和苯类气体的持续散发出的有害气体分解，可有效降低室内pm2.5 的毒性。（）臭氧还能对室内表面物细菌起到消除和抑制作用。（）臭氧同时对于消除室内各种异味、烟味有特效。（）臭氧能驱除螨虫、虱子，驱赶蚊子、蟑螂、苍蝇。第五节：臭氧在室内空调应用的技术要求采用臭氧对室内空气环境进行消毒除味，在国外已经是相当普遍。作者在美国、挪威、日本等国的地下商场和一些人口密集的公共场所都发现有以此作为室内空气环境动态消毒的方式。我国在一些医院的门急症室、手术室都广泛地应用。在上海金茂大厦、上海环球金融大厦和上海希尔顿酒店等五星级酒店的中央空调通风管道消毒自洁系统中均采用一些欧洲知名品牌的等离子臭氧消毒净化技术。我们针对单间室内特点提出臭氧与空调结合应用于空气消毒净化的技术要求如下：（1）单体臭氧发生器浓度应控制在10mg/h，太小，没效果，太浓则会使局部刺激性浓度增强。（2）臭氧释放要随着室内空调气流的方向和特点流动扩散。（3）臭氧发生体应采用无声放电方式和低温等离子技术、不能在空间产生出电火花，整个发生体应采用封装方式，虽然臭氧发生都是由高压实现，但发生体的单体最大输入电流要低于200ma，发生体单体功率不得大于5w，以确保安全。（4）全部电路都要封装，要防潮、防灰、防震动，器件之间的连线要采用卡扣式连接，确保在颠簸中不脱落、不短路。（5）要求臭氧发生体在20%80%湿度内正常工作，且当湿度达到90%时也不会短路损坏。（6）臭氧发生体要在长期使用的过程中不能发生臭氧量的衰减，应长期有效地始终保持在额定浓度范围内，发生体的连续使用寿命应保持在10 年以上。（7）臭氧发生体必须释放出纯臭氧，不得同时有氮氧化物的有害气体和其它附带的光化学污染物出现。需要提请注意